金刚石磨粒纳米加工单晶碳化硅非连续表面机理研究

建立金刚石磨料纳米加工单晶碳化硅衬底的分子动力学模型,从矢量位移、切削力、晶体结构相变及缺陷等方面研究划痕对原子去除过程的影响以及划痕壁面的材料去除机理。结果表明:划痕区域原子的去除方法主要是剪切和挤压。划痕入口区壁面变形为弹性和塑性混合变形,划痕出口区壁面变形主要为塑性变形,增加纳米加工深度能够提高原子的去除量。衬底表面存在的划痕使纳米加工过程中的切向和法向切削力均降低,最大差值分别为300和600 nN,划痕区域原子的缺失是切向力下降的主要原因。磨粒的剪切挤压作用使碳化硅原子的晶体结构发生了非晶转化,产生了大量不具有完整晶格的原子,并且衬底表层的原子与临近的原子成键,形成稳定的结构。衬底温度受影响的区域主要集中在磨粒的下方,并向衬底的深处传递,在2、5和8?纳米加工深度下衬底温度之间的差值约为100 K。

基于PSD评价及伪随机轨迹的单晶碳化硅表面粗糙度研究

随着新能源、特高压需求爆发,以单晶碳化硅为代表的第三代半导体技术近几年得到了飞速发展,大口径单晶碳化硅材料制备已经成为现实,相比于目前已成熟应用的RB-SiC材料,单晶碳化硅不需要通过CVD或PVD改性就可以获得1 nm甚至更优的表面粗糙度,在光学元件领域的应用具有广阔前景,但同时加工难度高是亟待解决的问题。为了解决单晶碳化硅材料在光学加工过程中的粗糙度问题,提出了一种基于PSD评价及熵增理论的伪随机轨迹加工改善粗糙度的方法。相较于传统单一的Ra值评价方法,通过引入PSD曲线丰富了粗糙度评价的维度;利用对熵增理论的分析,从理论上讨论了确定性抛光轨迹和伪随机轨迹对粗糙度尺度下累计误差影响的区别。通过对6 in(1 in=2.54 cm)单晶碳化硅进行多轮抛光实验,结果表明:在相同初始粗糙度情况下,确定性轨迹与伪随机轨迹虽均得到了Ra约1 nm的粗糙度值,但PSD曲线可以明显看出确定性轨迹出现了尖峰,而伪随机轨迹则更为平滑。验证了特定采样区间下的PSD曲线作为粗糙度评价手段的有效性,同时论证了伪随机轨迹相较于确定性轨迹在单晶碳化硅材料抛光上的优势。

基于集群磁流变单晶碳化硅基片抛光加工的工艺研究

基于集群磁流变效应超光滑平面抛光理论及试验装置对单晶碳化硅基片进行了平面抛光试验,结果表明,金刚石磨料对单晶SiC基片具有较高的材料去除率;加工间隙在1.5mm左右具有较好的加工效果,随着加工时间的延长表面粗糙度越来越小,且30min内表面粗糙度变化率达到89%以上。通过优化工艺参数对单晶SiC进行集群磁流变平面抛光,发现经过30min加工,表面粗糙度Ra从42.1nm下降到4.2nm,表明集群磁流变效应平面抛光用于加工单晶SiC基片可行且效果显著。

顶部籽晶溶液法生长碳化硅单晶及其关键问题研究进展

因其优异的物理特性,第三代半导体碳化硅(SiC)材料在高温、高频、高压及大功率电力电子器件和射频微波器件领域具有非常明确的应用前景。受限于自身技术特点,利用传统的物理气相输运(PVT)法制备SiC晶体仍面临许多技术挑战,难以满足当前电子器件对大尺寸、高质量和低成本SiC单晶衬底的迫切需求。顶部籽晶溶液(TSSG)法可以在更低的温度和近热力学平衡条件下实现SiC晶体制备,能够显著弥补PVT法的不足,正逐渐成为极具竞争力的低成本、高质量SiC单晶衬底创新技术之一。本文首先阐述了TSSG法生长SiC晶体的理论依据,并给出了各工艺环节要点,然后归纳了TSSG法生长SiC晶体的主要技术优势,梳理了国内外在该技术领域的研究现状并重点讨论了TSSG法生长SiC晶体关键技术问题、产生机制,以及可能的解决途径等。最后,对TSSG法生长SiC晶体的未来发展做出展望。

液相法碳化硅单晶生长技术研究进展综述

SiC作为重要的第三代半导体材料,具有热导率高、耐高温、抗辐射等优异的性能,主要应用于智能电网、电动汽车、高速列车、先进雷达等领域,是各个国家优先发展的重要材料。目前,PVT技术在制造大尺寸SiC晶体及降低成本方面正面临严峻挑战,因此,业界开始将目光转向液相法,力图在这一领域取得突破。本文综述了SiC单晶技术研发过程,并对液相法生长SiC晶体中的一些关键因素进行研究。

单晶碳化硅接触中亚表层损伤与破坏机理的原子尺度分析

基于分子动力学的Vashishta势函数研究了碳化硅纳米压痕受载诱导产生的位错环演变特征、相变转化数额和接触力学性能,分析了极端使役温度对其亚表层损伤行为和接触力学性能的影响。结果表明:碳化硅材料亚表层损伤主要以位错形核、位错堆积和位错滑移方式发生塑性变形,接触时的位错环历经位错形核、位错环生成增大、位错环繁衍增殖和位错环脆断等四个阶段。较高的使役温度,使碳化硅材料的最大承载性、硬度、杨氏模量和接触刚度曲线呈类抛物线趋势下降。其主要原因是,温度越高碳化硅晶格点阵越容易摆脱原子键能的束缚而产生晶格点阵缺陷,位错的产生导致材料亚表层发生应力集中,最终使碳化硅材料接触时的力学性能大大降低。此外,亚表层应力集中也使碳化硅材料内相变结构由立方碳化硅向闪锌矿碳化硅类型转变。随着温度的升高立方碳化硅和闪锌矿碳化硅的相变结构随之增多。另外,半导体器件中的碳化硅受载时发生的相变对使役温度的依赖极为显著。温度升高引起碳化硅晶格相变和表面随机粗糙斑点的产生,是产生接触黏着的主要原因。

线锯切片技术及其在碳化硅晶圆加工中的应用

作为制备半导体晶圆的重要工序,线锯切片对半导体晶圆的质量具有至关重要的影响。本文以发展最成熟的硅材料为例,介绍了线锯切片技术的基本理论,特别介绍了线锯切片技术的力学模型和材料去除机理,并讨论了线锯制造技术及切片工艺对材料的影响。在此基础上,综述了线锯切片技术在碳化硅晶圆加工中的应用和技术进展,并分析了线锯切片技术对碳化硅晶体表面质量和损伤层的影响。最后,本文指出了线锯切片技术在碳化硅晶圆加工领域面临的挑战与未来的发展方向。

原料对碳化硅单晶生长的影响

研究了具有立方结构的碳化硅(β-SiC)粉料在单晶生长过程中的物相变化及对生长晶体均匀性、缺陷等的影响。实验发现,在晶体生长过程中原料的晶型转变和Si、C挥发不一致造成晶体沿生长方向存在一个Si/C摩尔比的最大值。晶体中的针孔等缺陷的形成与原料中的杂质和气相组分偏离Si/C=1摩尔比有关,并通过电子探针得到证实。

单晶SiC超精密加工研究进展

单晶碳化硅(SiC)的高脆性、高硬性和强化学惰性是制约第三代半导体超精密抛光发展的关键,实现衬底高效率、超光滑表面的加工具有挑战性。对于单晶SiC的化学机械抛光(CMP),分别从材料去除和工艺优化两个维度出发,阐述了CMP SiC的影响因素和规律,指出了该方法的不足。介绍了光催化、超声振动、电场、等离子体、磁流变、表面预处理等辅助CMP抛光方法,分析了复合增效抛光的去除机理和优势。通过对比发现,辅助能场的介入有助于改善SiC表面质量,并能获得较好的加工效果,然而,复合抛光技术涉及的能场复杂,多能场作用下的材料去除机制和工艺参数匹配仍需进行深入研究。最后,对未来单晶SiC超精密加工的研究给出了建议,并进行了展望。

碳化硅单晶材料残余应力检测技术研究进展

SiC单晶材料被称为第三代宽带隙半导体材料,凭借强度高、化学性质稳定、抗干扰能力强等优势被广泛应用于军工、核能和电子等领域。然而SiC单晶在制备、加工和使用过程中,往往会存在残余应力,这严重影响着单晶材料的质量和使用寿命。为准确评估晶体质量、服役过程中的可靠性和材料寿命,有必要对单晶材料的残余应力及分布规律进行深入研究。本文分析了SiC单晶中残余应力的来源,归纳总结了单晶材料应力检测技术的研究现状,并对SiC单晶材料应力检测方面的未来发展趋势进行了展望。

苏州维特莱恩公司高品质6英寸电阻法碳化硅单晶研制成功

碳化硅(SiC)具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率、高化学稳定性和抗辐射等突出的特性与优势,决定了其在高功率器件、高频器件、高光效发光器件等领域的应用极为广泛。碳化硅单晶在低压/高频、中电压和高压/高频多个领域具有完全替代硅材料的优势。受各种因素影响,国内碳化硅单晶品质和产能远不能满足产业需求。

高线速下碳化硅单晶的快速平坦化切割

碳化硅单晶材料硬度很高,用传统的切片方式难以加工、效率低下,多线切割是加工硬脆材料的有效方式,文章通过使用电镀金刚石线多线切割设备,进行了高线速度条件下快速碳化硅单晶平坦化切片实验。为提高碳化硅切割效率,通过提高金刚石线速度,成功实现了用5.5小时进行4英寸碳化硅晶锭的切割,并将切割6英寸晶锭时间缩短至12小时左右。同时,为减小切割片翘曲度,进行了4英寸和6英寸碳化硅晶锭的切割试验,证明切割线速度直接影响切割片的翘曲度:随着线速度增大,晶片翘曲度减小。最后,研究了线速度和金刚石浓度对切割片表面的影响,发现提高线速度和使用高金刚石浓度的金刚石线都可使切割导致的损伤层减小。

物理所成功研制6英寸碳化硅单晶衬底

碳化硅（SiC）单晶是一种宽禁带半导体材料,具有禁带宽度大、临界击穿场强大、热导率高、饱和漂移速度高等诸多特点,被广泛应用于制作高温、高频及大功率电子器件。此外,由于SiC和氮化镓（Ga N）的晶格失配小,SiC单晶是Ga N基LED、肖特基二极管、MOSFET、IGBT、HEMT等器件的理想衬底材料。

中科院物理所成功研制6英寸碳化硅单晶衬底

碳化硅（SiC）单晶是一种宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、临界击穿场强大、热导率高、饱和漂移速度高等诸多特点，被广泛应用于制作高温、高频及大功率电子器件。此外，由于SiC和氮化镓（GaN）的品格失配小，SiC单晶是GaN基LED、肖特基二极管、MOSFET、IGBT、HEMT等器件的理想衬底材料。为降低器件成本，下游产业对SiC单晶衬底提出了大尺寸的要求，目前国际市场上已有6英寸（150mm）产品，预计市场份额将逐年增大。

革命性半导体材料——碳化硅单晶

无限多样、纷繁复杂、干变万化的物质世界有多种形态存在，有固态、液态、气态还有超固态和离子态等。半导体材料的发现可以追溯到19世纪，随着双极性晶体管的引入，半导体时代于20世纪中期展开。

我国8英寸碳化硅单晶研究取得新进展

碳化硅(SiC)是一种宽带隙化合物半导体,具有高击穿场强(约为Si的10倍)、高饱和电子漂移速率(约为Si的2倍)、高热导率(Si的3倍、GaAs的10倍)等优异性能。相比同类硅基器件,SiC器件具有耐高温、耐高压、高频特性好、转化效率高、体积小和重量轻等优点,在电动汽车、轨道交通、高压输变电、光伏、5G通讯等领域具有重要的应用潜力。

中国科学院上海硅酸盐研究所研发成功4英寸碳化硅单晶

中国科学院上海硅酸盐研究所立足自主研发，在掌握直径50．8mm（2英寸）、76．2mm（3英寸）碳化硅单晶生长技术之后，近日成功生长出直径100ram（4英寸）4H晶型碳化硅单晶。碳化硅单晶正朝着大尺寸的方向迅速发展。。

大直径碳化硅单晶衬底材料获鲁2013技术发明一等奖

日前,山东省科学技术奖励大会在济南召开,会议表彰了2013年度为山东省科技创新和现代化建设作出突出贡献的科技工作者。山东大学晶体材料重点实验室徐现刚教授等完成的＂大直径4H-SiC单晶衬底材料＂获山东省技术发明一等奖。碳化硅是第三代半导体材料,用于高温大功率半导体器件,在雷达、高压输电等方面有广泛用途,碳化硅的生长需要在2100多度的高温环境里进行,它的硬度仅次于金刚石。

中科院上海硅酸盐所研发出4英寸碳化硅单晶

中国科学院上海硅酸盐研究所科技人员立足自主研发，在掌握直径2英寸、3英寸碳化硅单晶生长技术之后，近日成功生长出直径4英寸4H晶型碳化硅单晶，这标志着我国碳化硅单晶生长技术达到了国际一流水平。